Квазистатический – процесс, в ходе которого система все время остается в состоянии равновесия.

Тепловые машины. Цикл Карно.

Равновесное состояниетермодинамической системы определяется постоянством значений макроскопических величин, характеризующих это состояние.

P=const

T=const

Функции состояния

V=const

U=const

Обратимым называют такой термодинамический процесс

А В, который, будучи проведен в обратном направлении, возвращает систему в исходное состояние, проходя через те же промежуточные состояния в обратной последовательности, а состояние тел вне термодинамической системы остались неизменными.

Квазистатический – процесс, в ходе которого система все время остается в состоянии равновесия.

Р Р

V V

Цикл Карно.

Садди Карно 1796-1832 Фр..

η-всех обратимых систем, работающих в идентичных условиях одинаков и определяется только температурами нагревателя и холодильника.

При необратимом адиабатическом процессе энтропия возрастает =>

S1 S2 S3 S

η-любой необратимой машины всегда меньше, чем η обратимой, работающей в тех же условиях.

Тепловая машина.

Нельзя ли построить периодически действующую тепловую машину без холодильника. Q2=0 => такая машина превращала бы в работу всю теплоту, заимствованную от нагревания.

Закон сохранения энергии разрешает => из…океана… тепло и вечный двигатель => Вильтгельм Оствальд (1853-1932 гг.) – перпетуум мобиле 2-го рода.

Возможность совершения работы тепловыми двигателями обусловлена переходом тепла от тела более нагретому к телу менее нагретому.

Цикл Карно.

Тепловая машина= нагреватель + рабочее тело + холодильник

· Роль рабочего тела.

· При теплообмене работы не совершается => вреден.

· Принцип В. Томсона (ещё не Л. Кельвин)

Невозможно осуществить циклический процесс, единственным результатом которого было бы превращение в работу теплоты отнятой у какого-либо тела, без каких-либо изменений в окружающих телах.

Рабочее тело – идеальный газ.

Получено от нагревателя: Q1 = ?

Преобразовано в работу

Энтропия.

В замкнутой системе при протекании любого обратимого процесса энтропия остается неизменной

S = constdS = 0

При протекании в замкнутой термодинамической системе необратимого процесса, энтропия системы возрастает, достигая своего максимума в состоянии равновесия системы.

Если S = Smax то какие либо изменения в системе без внешнего воздействия невозможны.

Энтропия-мера отклонения реального процесса от идеального

-сумма приведенных теплот системы явлется функцией состояния системы и

остается постоянной при обратимых процессах

и возрастает в необратимых процессах.

I-начало:

Закон сохранения энергии.

II-начало:

Энтропия замкнутой системы может только возрастать (не убывать).

· Устанавливает наличие в природе фундаментальной асимметрии – однонаправленность всех самопроизвольно происходящих в природе процессов.

· Количество энергии в замкнутых системах сохраняется, но распределение энергии меняется необратимым образом.

III-начало:

При Т→0 S→0, т.е. невозможно охладить вещество до температуры абсолютного нуля.

Отличие энергии от внутренней энергии.

U-S

1) общее-функции состояния.

2) U=const для замкнутой системы.

3) энтропия, однажды созданная, не может уменьшиться.

Увеличение энтропии при теплопередаче

II Начало термодинамики.

Необратимые процессы в замкнутой системе всегда сопровождаются возрастанием энтропии.

Тепло, заимствованное у источника, не может быть целиком преобразовано в работу.

Различные формулировки II начала термодинамики.

1. Вильям Томсон ↔ лорд Кельвин 1851.

«Невозможен круговой процесс единственным результатом которого было бы производство работы за счет охлаждения теплового резервуара.»

Невозможен круговой процесс, единственным

результатом которого было бы производство работы

за счет уменьшения внутренней энергии теплового резервуара

2. Клаузиус (1822 – 1888) в 1850

“ Теплота не может самопроизвольно переходить от тела менее нагретого к телу более нагретому.”

Вообще “она” возможна. Но она невозможна при условии, что во всех остальных телах не произошло никаких изменений.

Холодильник, но процесс не самопроизвольный, а сопровождается работой электрического мотора.

3. т. Нернста: энтропия любого тела стремится к нулю при Т → 0

lim S = 0

Т → 0

Обратимый процесс - процесс, при котором система переходит из состояния А в В и возможно вернуть ее хотя бы одним способом в исходное состояние А и при том так, чтобы во всех остальных телах не произошло никаких изменений.

Второе начало термодинамики.

Направление термодинамических процессов в изолированной системе → к состояниям, вероятность которых максимальна :

· Теплопередача => выравнивание температур.

· Диффузия => однородный газ не может собраться в одной половинке сосуда.

Энтропия.

Статистический вес - число различных микросостояний, посредством которых осуществляется данное макросостояние.

ω; Все макросостояния равновесны => вероятность макросостояния пропорциональна его статистическому весу.

S = k lnω – энтропия – характеризует вероятность состояния термодинамической системы.

Энтропия идеального газа.

Необратимый - процесс, обратный к которому маловероятен - диффузия газ сосредоточился в половине сосуда.

В случае обратимого процесса в неизолированной системе энтропия может как возрастать, так и убывать

Энтропия идеального газа.

Невозможность вечного двигателя 2-го рода.

Молекулы сами собрались в ½ части сосуда и , затем, за счет подводимого тепла изотермически расширяясь совершают работу

dQ = dA T = const

Вроде бы все хорошо, если бы молекулы действительно циклически собирались самопроизвольно в ½ части объема сосуда.

А вот у тепловой машины энтропия возрастает!

Cвязь энтропии с вероятностью.

S = k ln ω

Всякий процесс в природе протекает так, что система переходит в состояние, вероятность которого больше.

!Если система находится в состоянии с данной энтропией, то с подавляющей вероятностью следует ожидать, что она перейдет в состояние с большей энтропией, т. е. что наиболее вероятным изменением энтропии является ее возрастание. Но возможны и процессы с уменьшением энтропии – флуктуации ω в среднем росте.